JP4919570B2

JP4919570B2 - Bush having terminal ear and method of manufacturing the bush

Info

Publication number: JP4919570B2
Application number: JP2001572425A
Authority: JP
Inventors: ティモシーエイサリヴァン; ジャックエルエマーソン; ラミンドウラティ
Original assignee: オウェンスコーニング
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2001-03-16
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2021-03-16
Also published as: AU2001249242A1; NO20024657D0; NO20024657L; CA2401091C; DE60126070T2; CA2401091A1; WO2001074727A1; MXPA02009477A; EP1268353B1; EP1268353A1; KR100713595B1; KR20020086925A; DE60126070D1; ES2278735T3; US6427492B1; JP2004500302A

Description

【０００１】
（発明の技術分野及び産業上の利用可能性）
本発明は、一般的には、連続ガラスフィラメントを製造する装置に関し、特に、ブッシュの作動中に経験する機械的劣化及び熱的劣化を減じて、ブッシュの作動寿命を伸ばす端末耳部を有する、改良型ブッシュ及びその改良型ブッシュの製造方法に関する。本発明は、織物及び補強材を含む、広範囲に使用される連続ガラスフィラメントの生産に特に有用である。
【０００２】
（発明の背景）
ガラスフィラメントのストランドは、一般的には、溶融ガラスを、ブッシュの底板の複数のオリフィスから細くすることによって形成される。ガラスフィラメントは、底板のオリフィスからの流れを細長化するように、牽引力をガラス流に加えることによって、細長化される。ガラスフィラメントは、サイズ材料又はバインダー材料で被覆され、サイズ材料又はバインダー材料は、減摩特性を個々のフィラメントに与え、個々のフィラメントに摩耗抵抗を与え、又は、望ましいアレイの特性を最終用途のストランドに与えるのに役立つ。サイズ材料は、ガラスフィラメントが形成された後に加えられる。ガラスフィラメントは、平行関係に集束されて、ストランドを形成する。
【０００３】
ブッシュは、溶融ガラスを均一な温度に調整し、そのため、ガラスフィラメントは、均一な直径で細長化される。溶融ガラスの温度は、ガラスを液体状態に維持するのに、十分高くなければならない。
【０００４】
ブッシュは、溶融ガラスによる腐食性作動環境を経験し、その腐食性作動環境は、ブッシュの電気的構成部品及び機械的構成部品の劣化を加速させる。劣化の一つの解決策は、ブッシュ組立体を白金又は白金合金のような貴金属で作ることである。しかしながら、腐食性作動環境は、これらの材料にも影響を及ぼす。酸化損失、揮発、及び耐火材料の周囲への貴金属のマイグレーション、並びに、ブッシュのサギング又はクリープ（高温変形）は、ブッシュの能力を低下させ、並びに、ブッシュ組立体の有用な寿命を縮める。
【０００５】
在来のブッシュは、一般的に、ブッシュ本体を構成する側板、端板及び底板を有する。底板は、好ましくは、全て均一温度の、或いは均一温度に近い４００個以上のオリフィス又はノズルを有する。底板は、ノズル板又はチップ板とも呼ばれる。
【０００６】
かかるブッシュは、各端板に結合された端末部（「端末耳部」と呼ばれる。）を有する。ブッシュ及び端末耳部は、一般的には、白金又は白金合金等の白金含有金属のような貴金属で作られる。白金合金の例は、白金−ロジウム合金である。電気クランプが、端末耳部に接触して、ブッシュに加熱電流を送り出し、ブッシュ内のガラスを溶融状態に維持する。電気クランプは、一般的には、水冷である。電流が、導電性のブッシュの側板、端板及び底板を流れる。
【０００７】
ブッシュの端末耳部は、広範囲の形状を有し、しばしば広くかつ比較的薄い。端末耳部は、実質的に、ブッシュの端板の幅に沿って実質的に延びて、電流を供給する電気クランプとの係合のために比較的大きな領域を提供することができる。
【０００８】
普通の端末耳部の設計は、ブッシュに結合された上部分、及び、電気クランプを結合させる下部分を有する。
【０００９】
チップ部分の加熱パターンに加えて、ブッシュの端末耳部の二つの設計配慮は、時が経つにつれた端末耳部の機械的劣化及び熱劣化である。ブッシュの作動中、上端末耳部は、ブッシュの高い作動温度による、機械的疲労及び熱の影響の組み合わせを経験する。
【００１０】
端末耳部の機械的疲労は、高い水準の曲げ応力、又はブッシュの作動中の振動疲労に関する。端末耳部は、広くかつ薄いから、電気クランプが端末耳部に固定されると、端末耳部が曲がる傾向がある。端末耳部の亀裂が、始まり、発達して、ひび割れとなる。
【００１１】
機械的な疲労に加えて、端末耳部は、熱劣化を経験する。ある金属を高温に加熱すると、金属は揮発し、或いは蒸発する。白金及びロジウムは、かかる金属である。ブッシュ及び端末耳部は高温で作動するから、端末耳部の縁に存在する白金及びロジウムは、徐々に揮発する。端末耳部の境界からの合金の損失は、亀裂の形成を促進し、そしてこれは、ひび割れに拡大するかもしれない。端末耳部の機械的な作用は、亀裂を増大させ、端末耳部は、ついには、だめになる。
【００１２】
端末耳部のひび割れの問題を解決するために、幾つかの試みがなされてきた。ある設計の策は、はんだと同様な、溶融線材で、ひび割れを直し、若しくは修理することにある。その解決策は、一時的な修理であって、端末耳部の熱劣化に取り組むものではない。
【００１３】
別の設計の策は、端末耳部の振動及び応力を減ずるために、電力供給装置を再設計することである。これは、問題を減ずることができるが、除去することはできない。
【００１４】
別の設計の策は、端末耳部とブッシュの端板又は側板との間にガセットを使用することを含む。フラワーの米国特許第４６３４４６０号（フラワー）は、端末耳部用の支持をなすガセットを各端末耳部に接触させたドレインブッシュを開示する。電気クランプによって、端末耳部を通して供給される熱流が、ガセット及び端末耳部を通じてブッシュに供給されるように、端末耳部及びガセットは、ブッシュの底板に一体に連絡される。ガセットは、端末耳部とブッシュとの間の接触を効果的に拡げる。しかしながら、ガセットは、端末耳部及びガセットに、限られた支持を与える。また、フラワーの設計の策は、端末耳部の熱劣化と取り組んでいない。
【００１５】
他の設計の策は、端末耳部を補剛するために、端末耳部全体を厚くすることにある。しかしながら、厚い端末耳部は、好ましくない低作動電流レベルのために、熱分配の望ましい加熱パターンに悪影響を及ぼす。
【００１６】
ブッシュの作動温度によって引き起こされる機械的劣化及び熱劣化に対する端末耳部の抵抗を改善する経済的な方法の必要性が存在する。同様に、ブッシュの使用寿命を増す経済的な方法の必要性が存在する。
【００１７】
（発明の概要）
従来技術の欠点は、端末耳部を含む開示したブッシュ及びそのブッシュの製造方法によって解消される。ブッシュは、ブッシュ本体（側板、端板、底板を含むことがある）と、ブッシュ本体に結合された端末耳部とを有する。クランプが、端末耳部に取り付けられ、ブッシュに電流を供給して、内部のガラスを液体状態に維持し、かつ、ガラスをフィラメントにすべく熱的に調整する。
【００１８】
各端末耳部は、上部分及び下部分を有する。上部分は、ブッシュの側板に結合される。クランプが、端末耳部の下部分に結合される。上部分及び下部分は、互いに角度に配向される。
【００１９】
支持部分が、端末耳部の上部分の側縁に沿って設けられる。支持部分は、端末耳部を補剛し、それによって、曲げ及び疲労応力に対する端末耳部の抵抗を増大させる。支持部分はまた、端末耳部の側縁に、追加の質量及び表面積を与えることによって、ヒートシンクとして役立つ。追加の質量のために、支持部分によって、熱が伝導部分から吸収される。表面積の増加が、放射及び対流により端末耳部の側縁の冷却を容易にする。
【００２０】
支持部分は、ブッシュの端板に接触せず、したがって、電流をブッシュ本体に伝導しない。従って、支持部分の側縁の温度は、ブッシュの作動中、端末耳部の伝導部分よりも低くなる。支持部分が低い温度で作動するから、端末耳部の熱劣化が減少する。
【００２１】
（発明の詳細な説明及び好ましい実施形態）
ストランドは、典型的には、材料源から細長化されたファイバー又はフィラメント群から形成される。ガラスストランドのために、融解ガラスが、ガラスを融解状態に維持するように電気的に加熱されたブッシュに送り出される。ガラスは、ブッシュの底板のオリフィスからフィラメントとして引かれ又は細長化される。
【００２２】
在来のフィラメント形成装置を図１に示す。フィラメント形成装置５は、多数のオリフィスを有するブッシュ１０を含み、オリフィスから複数の融解ガラス流が放出される。オリフィスは、中空チップによって、延長される。
【００２３】
ガラスフィラメント３０は、巻取り装置６０によって、ブッシュの底板から細長化される。ブッシュ１０は高温で作動するので、冷却装置２２が、ブッシュの底板の温度を調節し、かつ、温度勾配によるフィラメントのいかなる変化をも減ずるのに使用される。当業者が認識するように、冷却装置は、温度を調節するのに、空気及び水を使用する。
【００２４】
下向きの力が、ガラスフィラメント３０をブッシュ１０から引張るのに付与される。図示した形成装置では、ガラスフィラメント３０は、巻取り装置６０によって、ブッシュ１０から細長化され、巻取り装置６０は、ガラスフィラメント３０をコレットの周囲にストランド３２の形態に巻いて、図１に示すように、円筒形パッケージ７０を形成する。
【００２５】
ブッシュ１０は、ブッシュ本体と端末耳部１００、１０２とを有する。ブッシュ本体１１は、任意適当な構造のものでよく、そして、図示した実施形態では、図２及び図３に示すように、側板１２、１４、端板１６、１８及び底板２０を有する。側板１２、１４、端板１６、１８及び底板２０は、溶融ガラス供給源を保持するためのキャビティを構成する。
【００２６】
端末耳部１００、１０２は、ブッシュ本体１１に、適当な位置で結合される。図示した実施形態では、端末耳部１００、１０２は、それぞれ端板１６、１８に結合される。各端末耳部１００、１０２は、上部分１１０及び下部分１２０を有する。端末耳部１００、１０２は、それぞれ実質的に、端板１６、１８の幅全体に延びる比較的薄い、幅の広い板である。
【００２７】
作動中、端末クランプ２００が、各端末耳部１００、１０２に取り付けられて、ブッシュ１０に電流を供給する。端末クランプ２００は、部分２１０、２１２を有し、該部分は、端末耳部を締め付けるために、ボルトのような留め具によって互いに固着される。簡単化だけの理由で、一つの端末耳部２００を図２に示す。
【００２８】
当業者によって認識されるように、端末耳部は、端末耳部に取り付けられた端末クランプ２００の重量により、曲げ力及び疲労を受ける。端末耳部は、引き続く、端末クランプの取り付け、及び、端末耳部からの端末クランプの取り外し、及び、ブッシュ回路内部の振動から、追加の力を経験する。これらの力は、端末耳部の機械的な曲げ及び機械的作用を起こし、ついには、亀裂又はひび割れを作る。亀裂及びひび割れは、典型的には端末耳部の外側の縁で始まり、処理も修理もしなければ、最後には、端末耳部の破損させてしまう。
【００２９】
電流が端末クランプから端末耳部を流れるとき、端末耳部の温度は抵抗加熱により増す。熱はまた、ブッシュ本体からブッシュ本体との接続部を経て、端末耳部に伝えられる。端末耳部が長期間、高温にあるときには、前に論じたように、端末耳部の合金が揮発し始める。端末耳部の縁の合金の減損は、亀裂を生じさせることがある。亀裂は、機械的な作用又は追加の温度勾配により増大する。端末耳部がなくなったり破損したりすると、ブッシュが止まってフィラメント形成工程が停止し、その結果、生産の損失が生じる。
【００３０】
本発明の端末耳部は、曲げ及び振動疲労抵抗を増大させる端末耳部の慣性曲げモーメントを増すために、端末耳部の外側の縁に結合された支持部材を有する。支持部材はまた、追加の質量を与えることによって、及び端末耳部の縁の表面積を増すことによって、ヒートシンクとして機能する。支持部材の質量は、熱を伝導部分から伝導部を経て移動させるのを可能にする。表面積の増加は、端末耳部の縁からの熱の放射及び対流を容易にする。
【００３１】
図示した実施形態では、支持部材は、端末耳部に溶接されたＩ形のビームとして実行される。しかしながら、支持部材は、異なる幾何学形態で形成されてもよいし、端末耳部の他の位置に結合されてもよいし、また、他の技術で結合されてもよい。支持部分又は支持部材は、Ｉ形断面を有する。
【００３２】
端末耳部の上部分は、ブッシュの端板に対してある角度をなして取り付けられる。端末耳部上の端末クランプの重量により、上部分が曲がる。支持部材は、端末耳部の上部分を補剛する。
【００３３】
支持部分は、端末耳部の熱劣化に対して、多様な機能を行う。第一に、支持部分は、ブッシュの端板と接触しない。電流は、典型的には、二点間の直線経路の中を流れるから、電流は、ブッシュの端板と接触している、端末耳部の伝導部分の中を優先的に流れ、支持部分の中をほんの少ししか流れない。その結果、支持部分は、抵抗熱をそれほど経験せず、そのため、端末耳部の伝導部分よりも低い温度である。低い温度は、端末耳部からの合金の揮発を減ずる。また、支持部材がブッシュの端板と接触していないから、支持部分は熱をブッシュ本体から伝導せず、そのため、支持部材はブッシュによって加熱されず、すなわち、ブッシュの加熱パターンに影響を及ぼさない。
【００３４】
第二に、端末耳部の中を流れる電流の量は、端末耳部支持部分によって、影響されない。抵抗熱で消費されるエネルギー量は同じであるから、支持部材は端末耳部の縁に追加の質量を与え、端末耳部の縁の全合計温度が減少する。縁の低い作動温度は、端末耳部及びブッシュの寿命を伸ばす。
【００３５】
第三に、上で論じたように、支持部分は、熱を伝導部分から伝導することを可能にする。また、支持部分は、端末耳部の縁の表面積の量を増加させる。熱は、放射及び対流によって、支持部分から取り除かれる。表面積を増加させることによって、在来の端末耳部よりも多くの熱を、端末耳部の縁から取り除くことができる。
【００３６】
これらの一般的な原理を識別した上で、現時点で好ましい実施形態で、これらの原理の選ばれた実行を以下に詳述する。
【００３７】
本発明の原理を実施する、フィラメント形成装置用のブッシュを、図４〜図８に示す。図４に示すように、ブッシュ１０は、それぞれ端板１６、１８でブッシュ本体１１に結合された端末耳部１００、１０２を有する。端末耳部は、典型的には、端板に溶接される。
【００３８】
各端末耳部１００、１０２は、上部分１１０及び下部分１２０を有する。上部分１１０は、角度Ａをなして、端板から延びる。角度Ａは、３０°乃至７５°の範囲であり、好ましくは約６０°である。下部分１２０は、角度Ｂをなして、上部分１１０から延びる。角度Ｂは、１０５°乃至１５０°の範囲であり、好ましくは１２０°である。
【００３９】
端末耳部の上部分１１０及び下部分１２０は、それぞれ伝導部分１１６及び１２２を有する。端末クランプから供給された電流は、伝導部分１１６、１１２を通ってブッシュ１０に流れる。
【００４０】
ブッシュは、典型的には、ブッシュに対して断熱及び電気絶縁、並びに機械的な支持をなす耐火材料によって囲まれる。フィラメント形成装置５は、図４に示すように、ブッシュ１０をキャスタブル耐火物８２で支持するブッシュフレーム８０を有する（図示の簡略のため、キャスタブル耐火物８２及びブッシュフレーム８０をブッシュ１０の片側に示す。）。以下により詳細に説明するように、端末耳部１００、１０２の上部分１１０は、キャスタブル耐火物８２に鋳造される。
【００４１】
ブッシュの端末耳部１００、１０２は、図４〜図６に示すように、支持部分１３０、１３２、１３４、１３６を有する。各端末耳部の上部分は、図５に示すように、側縁１１２、１１４を有する。支持部分は、溶接又は他の適当な方法によって、外側縁１１２、１１４に結合される。端末耳部は、ブッシュ１０の端板に沿って延び、図４に示すように端末耳部の上部分の平面に位置する長手方向の軸線Ａを有する。支持部分１３０、１３２、１３４、１３６は、好ましくは、端末耳部の長手方向軸線と実施的に平行に向けられる。
【００４２】
各支持部分は、図４に示すように、端１４０、１４２を有する。端１４０は、ブッシュの端板と平行に形成される。支持部分は、端１４０が端板から間隔を隔てられるように、端末耳部に結合される。端１４０と端板１６は、好ましくは、作動条件、及び加えられる荷重により撓みの範囲にわたって端板との接触を回避するのに十分な、０．１２乃至０．２５インチ（０．３乃至０．６ｃｍ）のような間隔を隔てる。支持部分は、ブッシュの端板と接触しないので、支持部分は電流をブッシュに伝導せず、ブッシュの加熱パターンは変化しない。
【００４３】
本発明の原理を実施する端末耳部を図７に示す。各支持部分１３４、１３６は、図示するように、本体１４４及びフランジ１４６、１４８を有する（長手方向の軸線に直交する平面で）Ｉ形断面をなしたＩビームに似ている。伝導部分の（長手方向の軸線Ａに直交する平面での）断面は、好ましくは長方形である。
【００４４】
支持部分の断面の慣性モーメントは、好ましくは、伝導部分の断面のものと異なる。支持部分は、伝導部分によって定められた平面からずれた質量を有するから、支持部分を備えた端末耳部の慣性モーメントは、支持部分を備えていない慣性モーメントよりも大きい。図示した実施形態では、各支持部分の慣性モーメントは、伝導部分のものよりも大きい。
【００４５】
支持部分は、上縁及び下縁の両方で、端末耳部に連続的に溶接される。好ましくは、端末耳部の伝導部分及び支持部分は、普通の軸線を中心に対称である。
【００４６】
本発明の原理を実施する端末耳部の別の実施形態を、図８〜図１２に示す。図１０では、支持部材は、伝導部分の中心に沿って位置決めされる。図１１では、端末耳部の伝導部分は、円弧形断面を有する。図１２では、端末耳部の伝導部分は、端末耳部の曲げ抵抗を増大させる断面を有する。
【００４７】
今、ブッシュの製造を説明する。ブッシュの本体は、溶接又は当業者によって認識されるような他の同様な方法によって端板、側板及び底板を互いに結合することによって形成される。端末耳部の上部分及び下部分は、互いに角度をなして、互いに結合される。次いで、上部分の上端は、ブッシュの端板に結合される。端末耳部がブッシュに結合された後に、支持部分は、端末耳部の外側縁に溶接される。
【００４８】
ブッシュは、ブッシュブロック（図示せず）に結合され、かつ、ブッシュフレームの内側に位置決めされる。ブッシュがその最終位置に決められた後に、キャスタブル耐火物材料が、ブッシュとブッシュフレームとの間のキャビティの中へ注入される。キャスタブル耐火物は、底板の先端部分と等しい高さに注入される。キャスタブル耐火物は、図４に示すように、端末耳部の結合部の下、好ましくは０．５インチ（１．３ｃｍ）に広がる。端末耳部の約１インチ（２．５ｃｍ）の部分、及び支持部分は、キャスタブル耐火物の中に埋設される。
【００４９】
ブッシュの作動中、端末クランプは、端末耳部の下部分に結合される。電流が、電源から端末クランプに供給されて、ブッシュ内のガラスを加熱する。
【００５０】
支持部材を有するブッシュ端末耳部の構成部品は、好ましくは、白金−ロジウム合金のような貴金属である。
【００５１】
当業者も、本発明の原理と一致する、上述の特定の実施形態の多くの可能な変更例があることを認識するであろう。
【００５２】
端末耳部は、端末耳部の片側だけに結合された単一の支持部分を有してもよい。また、支持部分は、側縁以外の位置で、端末耳部に結合されてもよい。例えば、支持部材を、伝導部分の中央に位置決めしてもよい。
【００５３】
支持部材を、端末耳部と一体に形成してもよい。また、端末耳部は、端末耳部の下部分に支持部分を有してもよい。
【００５４】
支持部材の断面は、Ｉ形状、外方に或いは内方に延びるＶ形状或いはＵ形状、又は、伝導部分の慣性モーメントを増加させる他の形状である。
【００５５】
端末耳部の上部分及び下部分は、同一平面でもよい。さらに、端末耳部の上部分及び下部分を、一体に形成してもよい。
【００５６】
ブッシュは、矩形、正方形及び円形のような、どんな幾何学的形態でもよい。更に、端末耳部の伝導部分は、伝導部分の曲げ抵抗を増大させる円弧形状、又は、他の任意の形状のような、非平面でもよい。
【００５７】
支持部分は、端末耳部がブッシュに結合される前に、端末耳部に結合される。また、端末耳部は、端板に加えて、或いは端板の代わりに、ブッシュの側板に結合してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】在来のガラスファイバー形成装置の概略図である。
【図２】在来のブッシュの概略側面図である。
【図３】図２のブッシュの概略上面図である。
【図４】本発明の原理を実施するブッシュの概略側面図である。
【図５】図４のブッシュの上面図である。
【図６】図４のブッシュの概略端面図である。
【図７】図５の７−７線における端末耳部の断面図である。
【図８】端末耳部の他の実施形態の断面図である。
【図９】端末耳部の他の実施形態の断面図である。
【図１０】端末耳部の他の実施形態の断面図である。
【図１１】端末耳部の他の実施形態の断面図である。
【図１２】端末耳部の他の実施形態の断面図である。[0001]
(Technical field of the invention and industrial applicability)
The present invention relates generally to an apparatus for producing continuous glass filaments, and in particular has a terminal ear that reduces the mechanical and thermal degradation experienced during operation of the bush and extends the operating life of the bush. The present invention relates to an improved bush and a method for manufacturing the improved bush. The present invention is particularly useful for the production of widely used continuous glass filaments, including fabrics and reinforcements.
[0002]
(Background of the Invention)
Glass filament strands are typically formed by thinning molten glass from a plurality of orifices in the bottom plate of the bush. The glass filaments are elongated by applying a traction force to the glass stream so as to elongate the flow from the bottom plate orifice. The glass filaments are coated with a sizing material or binder material that imparts anti-friction properties to the individual filaments, provides wear resistance to the individual filaments, or provides the desired array of properties to the end-use strand. To give to. The sizing material is added after the glass filament is formed. The glass filaments are focused in a parallel relationship to form a strand.
[0003]
The bush adjusts the molten glass to a uniform temperature so that the glass filaments are elongated with a uniform diameter. The temperature of the molten glass must be high enough to keep the glass in a liquid state.
[0004]
The bush experiences a corrosive working environment with molten glass, which accelerates the deterioration of the electrical and mechanical components of the bush. One solution to degradation is to make the bushing assembly from a noble metal such as platinum or a platinum alloy. However, the corrosive operating environment also affects these materials. Oxidation loss, volatilization, and migration of precious metals around the refractory material, as well as bushing sagging or creep (hot deformation), reduces bushing capability and shortens the useful life of the bushing assembly.
[0005]
Conventional bushes generally have side plates, end plates, and bottom plates that constitute the bush body. The bottom plate preferably has 400 or more orifices or nozzles, all at or near uniform temperature. The bottom plate is also called a nozzle plate or a chip plate.
[0006]
Such a bush has a terminal portion (referred to as a “terminal ear”) coupled to each end plate. The bush and end ears are typically made of a noble metal such as platinum or a platinum-containing metal such as a platinum alloy. An example of a platinum alloy is a platinum-rhodium alloy. An electric clamp contacts the terminal ear and sends a heating current to the bush to keep the glass in the bush in a molten state. The electric clamp is generally water cooled. Current flows through the side, end and bottom plates of the conductive bush.
[0007]
The end ears of the bush have a wide range of shapes and are often wide and relatively thin. The terminal ears can extend substantially along the width of the end plate of the bushing to provide a relatively large area for engagement with an electrical clamp that supplies current.
[0008]
A typical terminal ear design has an upper portion coupled to the bushing and a lower portion coupling an electrical clamp.
[0009]
In addition to the heating pattern of the tip portion, two design considerations for the end ears of the bush are mechanical and thermal degradation of the end ears over time. During operation of the bush, the upper terminal ear experiences a combination of mechanical fatigue and thermal effects due to the high operating temperature of the bush.
[0010]
Terminal ear mechanical fatigue relates to high levels of bending stress or vibration fatigue during bushing operation. Since the terminal ear is wide and thin, when the electric clamp is fixed to the terminal ear, the terminal ear tends to bend. A crack in the terminal ear begins, develops, and cracks.
[0011]
In addition to mechanical fatigue, the terminal ear experiences thermal degradation. When a certain metal is heated to a high temperature, the metal volatilizes or evaporates. Platinum and rhodium are such metals. Since the bush and the terminal ear operate at a high temperature, the platinum and rhodium present at the edge of the terminal ear gradually volatilize. The loss of alloy from the terminal ear boundary promotes the formation of cracks, which may expand into cracks. The mechanical action of the terminal ears increases cracks, and the terminal ears eventually fail.
[0012]
Several attempts have been made to solve the problem of terminal ear cracks. One design strategy is to fix or repair cracks with molten wire, similar to solder. The solution is a temporary repair and does not address the thermal degradation of the terminal ear.
[0013]
Another design strategy is to redesign the power supply to reduce terminal ear vibration and stress. This can reduce the problem, but it cannot be removed.
[0014]
Another design strategy involves the use of a gusset between the terminal ear and the end plate or side plate of the bush. Flower US Pat. No. 4,634,460 (Flower) discloses a drain bushing in which a gusset providing support for terminal ears is brought into contact with each terminal ear. The terminal ears and gussets are integrally connected to the bottom plate of the bush so that the heat flow supplied through the terminal ears by the electrical clamp is supplied to the bushing through the gussets and terminal ears. The gusset effectively spreads the contact between the terminal ear and the bush. However, the gusset provides limited support to the terminal ear and gusset. Also, the flower design strategy does not address thermal degradation of the terminal ear.
[0015]
Another design strategy is to thicken the entire terminal ear to stiffen the terminal ear. However, thick end ears adversely affect the desired heating pattern of heat distribution due to the undesirably low operating current level.
[0016]
There is a need for an economical way to improve the resistance of the terminal ear to mechanical and thermal degradation caused by bushing operating temperature. Similarly, there is a need for an economical way to increase the service life of a bush.
[0017]
(Summary of Invention)
The disadvantages of the prior art are overcome by the disclosed bushing including the terminal ear and the method of manufacturing the bushing. The bush has a bush body (which may include side plates, end plates, and bottom plates) and a terminal ear coupled to the bush body. A clamp is attached to the terminal ear and supplies current to the bushing to keep the glass inside in a liquid state and to thermally adjust the glass into a filament.
[0018]
Each terminal ear has an upper portion and a lower portion. The upper part is coupled to the side plate of the bush. A clamp is coupled to the lower portion of the terminal ear. The upper and lower portions are oriented at an angle relative to each other.
[0019]
A support portion is provided along the side edge of the upper portion of the terminal ear. The support portion stiffens the terminal ear, thereby increasing the resistance of the terminal ear to bending and fatigue stress. The support portion also serves as a heat sink by providing additional mass and surface area to the side edges of the terminal ear. Due to the additional mass, heat is absorbed from the conductive portion by the support portion. The increase in surface area facilitates cooling of the edge of the terminal ear by radiation and convection.
[0020]
The support part does not contact the end plate of the bush and therefore does not conduct current to the bushing body. Accordingly, the temperature of the side edge of the support portion is lower than the conduction portion of the terminal ear during operation of the bush. Since the support part operates at a low temperature, thermal degradation of the terminal ear is reduced.
[0021]
Detailed Description of the Invention and Preferred Embodiments
Strands are typically formed from fibers or filaments that are elongated from a source of material. For the glass strands, the molten glass is delivered to an electrically heated bush to maintain the glass in a molten state. Glass is drawn or elongated as a filament from an orifice in the bottom plate of the bush.
[0022]
A conventional filament forming apparatus is shown in FIG. The filament forming apparatus 5 includes a bush 10 having a large number of orifices, and a plurality of molten glass streams are discharged from the orifices. The orifice is extended by a hollow tip.
[0023]
The glass filament 30 is elongated from the bottom plate of the bush by the winding device 60. Since the bushing 10 operates at high temperatures, a cooling device 22 is used to regulate the temperature of the bottom plate of the bushing and reduce any changes in the filament due to temperature gradients. As those skilled in the art will appreciate, cooling devices use air and water to regulate temperature.
[0024]
A downward force is applied to pull the glass filament 30 from the bush 10. In the illustrated forming apparatus, the glass filament 30 is elongated from the bush 10 by a winding device 60, and the winding device 60 winds the glass filament 30 around the collet in the form of a strand 32, as shown in FIG. Thus, the cylindrical package 70 is formed.
[0025]
The bush 10 includes a bush main body and terminal ear portions 100 and 102. The bushing body 11 may be of any suitable structure and, in the illustrated embodiment, includes side plates 12, 14, end plates 16, 18 and a bottom plate 20, as shown in FIGS. The side plates 12 and 14, the end plates 16 and 18, and the bottom plate 20 constitute a cavity for holding a molten glass supply source.
[0026]
The terminal ears 100 and 102 are coupled to the bushing body 11 at appropriate positions. In the illustrated embodiment, terminal ears 100 and 102 are coupled to end plates 16 and 18, respectively. Each terminal ear 100, 102 has an upper portion 110 and a lower portion 120. The terminal ears 100 and 102 are relatively thin and wide plates that extend substantially across the entire width of the end plates 16 and 18, respectively.
[0027]
In operation, a terminal clamp 200 is attached to each terminal ear 100, 102 to supply current to the bush 10. The terminal clamp 200 has portions 210, 212 that are secured together by fasteners such as bolts to tighten the terminal ears. For simplicity only, one terminal ear 200 is shown in FIG.
[0028]
As will be appreciated by those skilled in the art, the terminal ear is subjected to bending forces and fatigue due to the weight of the terminal clamp 200 attached to the terminal ear. The terminal ear experiences additional forces from subsequent terminal clamp attachment, removal of the terminal clamp from the terminal ear, and vibration within the bushing circuit. These forces cause mechanical bending and mechanical action of the terminal ear, eventually creating a crack or crack. Cracks and cracks typically begin at the outer edge of the terminal ear, and if not handled or repaired, will eventually damage the terminal ear.
[0029]
As current flows from the terminal clamp through the terminal ear, the temperature of the terminal ear increases due to resistance heating. Heat is also transferred from the bushing body to the terminal ear via the connection with the bushing body. When the terminal ear is at a high temperature for an extended period of time, the terminal ear alloy begins to volatilize as previously discussed. The loss of alloy at the edge of the terminal ear can cause cracks. Cracks increase due to mechanical action or additional temperature gradients. If the terminal ear is lost or damaged, the bushing stops and the filament formation process stops, resulting in production loss.
[0030]
The terminal ear of the present invention has a support member coupled to the outer edge of the terminal ear to increase the inertial bending moment of the terminal ear that increases bending and vibration fatigue resistance. The support member also functions as a heat sink by providing additional mass and by increasing the surface area of the edge of the terminal ear. The mass of the support member allows heat to be transferred from the conductive portion through the conductive portion. The increase in surface area facilitates radiation and convection of heat from the edge of the terminal ear.
[0031]
In the illustrated embodiment, the support member is implemented as an I-shaped beam welded to the terminal ear. However, the support members may be formed in different geometric forms, may be coupled to other locations on the terminal ear, or may be coupled by other techniques. The support portion or support member has an I-shaped cross section.
[0032]
The upper part of the terminal ear is attached at an angle to the end plate of the bush. The upper part bends due to the weight of the terminal clamp on the terminal ear. The support member stiffens the upper part of the terminal ear.
[0033]
The support portion performs various functions against thermal degradation of the terminal ear. First, the support portion does not contact the end plate of the bush. Since current typically flows in a straight path between two points, current flows preferentially in the conducting portion of the terminal ear, which is in contact with the end plate of the bush, It only flows a little inside. As a result, the support portion does not experience much resistance heat and is therefore at a lower temperature than the conductive portion of the terminal ear. The lower temperature reduces the volatilization of the alloy from the terminal ear. Also, since the support member is not in contact with the end plate of the bush, the support portion does not conduct heat from the bush body, so the support member is not heated by the bush, i.e., does not affect the heating pattern of the bush. .
[0034]
Second, the amount of current flowing through the terminal ear is not affected by the terminal ear support. Since the amount of energy consumed by the resistive heat is the same, the support member provides additional mass at the edge of the terminal ear, reducing the total temperature of the edge of the terminal ear. The low edge operating temperature extends the life of the terminal ear and bush.
[0035]
Third, as discussed above, the support portion allows heat to be conducted from the conductive portion. The support portion also increases the amount of surface area of the edge of the terminal ear. Heat is removed from the support portion by radiation and convection. By increasing the surface area, more heat can be removed from the edge of the terminal ear than the conventional terminal ear.
[0036]
Having identified these general principles, selected implementations of these principles are detailed below in the presently preferred embodiment.
[0037]
A bushing for a filament forming apparatus implementing the principles of the present invention is shown in FIGS. As shown in FIG. 4, the bush 10 includes terminal ears 100 and 102 coupled to the bushing body 11 by end plates 16 and 18, respectively. The terminal ear is typically welded to the end plate.
[0038]
Each terminal ear 100, 102 has an upper portion 110 and a lower portion 120. The upper portion 110 extends from the end plate at an angle A. Angle A is in the range of 30 ° to 75 °, preferably about 60 °. The lower portion 120 extends from the upper portion 110 at an angle B. The angle B is in the range of 105 ° to 150 °, preferably 120 °.
[0039]
The upper portion 110 and the lower portion 120 of the terminal ear have conductive portions 116 and 122, respectively. The current supplied from the terminal clamp flows to the bush 10 through the conductive portions 116, 112.
[0040]
The bush is typically surrounded by a refractory material that provides thermal and electrical insulation and mechanical support for the bush. As shown in FIG. 4, the filament forming apparatus 5 has a bush frame 80 that supports the bush 10 with a castable refractory 82 (for simplicity of illustration, the castable refractory 82 and the bush frame 80 are shown on one side of the bush 10. .) As will be described in more detail below, the upper portion 110 of the terminal ears 100, 102 is cast into a castable refractory 82.
[0041]
The terminal ears 100 and 102 of the bush have support portions 130, 132, 134 and 136 as shown in FIGS. 4 to 6. The upper part of each terminal ear has side edges 112, 114 as shown in FIG. The support portion is coupled to the outer edges 112, 114 by welding or other suitable method. The terminal ear extends along the end plate of the bush 10 and has a longitudinal axis A located in the plane of the upper portion of the terminal ear as shown in FIG. Support portions 130, 132, 134, 136 are preferably oriented substantially parallel to the longitudinal axis of the terminal ear.
[0042]
Each support portion has ends 140, 142 as shown in FIG. The end 140 is formed in parallel with the end plate of the bush. The support portion is coupled to the terminal ear such that the end 140 is spaced from the end plate. End 140 and end plate 16 are preferably 0.12 to 0.25 inches (0.3 to 0) sufficient to avoid contact with the end plate over the range of deflection due to operating conditions and applied load. .6 cm). Since the support portion does not contact the end plate of the bush, the support portion does not conduct current to the bush and the heating pattern of the bush does not change.
[0043]
A terminal ear implementing the principles of the present invention is shown in FIG. Each support portion 134, 136 resembles an I-beam with an I-shaped cross-section (in a plane perpendicular to the longitudinal axis) having a body 144 and flanges 146, 148 as shown. The cross section (in the plane perpendicular to the longitudinal axis A) of the conducting part is preferably rectangular.
[0044]
The moment of inertia of the cross section of the support part is preferably different from that of the cross section of the conduction part. Since the support part has a mass that deviates from the plane defined by the conduction part, the moment of inertia of the terminal ear with the support part is greater than the moment of inertia without the support part. In the illustrated embodiment, the moment of inertia of each support portion is greater than that of the conduction portion.
[0045]
The support portion is continuously welded to the terminal ear at both the upper and lower edges. Preferably, the conducting and supporting portions of the terminal ear are symmetric about a normal axis.
[0046]
Another embodiment of a terminal ear embodying the principles of the invention is shown in FIGS. In FIG. 10, the support member is positioned along the center of the conductive portion. In FIG. 11, the conductive portion of the terminal ear has an arcuate cross section. In FIG. 12, the conductive portion of the terminal ear has a cross section that increases the bending resistance of the terminal ear.
[0047]
Now, the manufacture of the bush will be described. The body of the bushing is formed by joining the end plate, side plate and bottom plate together by welding or other similar methods as will be recognized by those skilled in the art. The upper and lower portions of the terminal ear are coupled to each other at an angle. The upper end of the upper part is then joined to the end plate of the bush. After the terminal ear is joined to the bushing, the support portion is welded to the outer edge of the terminal ear.
[0048]
The bush is coupled to a bush block (not shown) and positioned inside the bush frame. After the bush is in its final position, castable refractory material is injected into the cavity between the bush and the bush frame. The castable refractory is injected at a height equal to the tip portion of the bottom plate. The castable refractory extends, preferably 0.5 inches (1.3 cm) below the terminal ear joint, as shown in FIG. An approximately 1 inch (2.5 cm) portion of the terminal ear and a support portion are embedded in the castable refractory.
[0049]
During operation of the bushing, the terminal clamp is coupled to the lower part of the terminal ear. Current is supplied from the power source to the terminal clamp to heat the glass in the bush.
[0050]
The component of the bushing end ear having the support member is preferably a noble metal such as a platinum-rhodium alloy.
[0051]
Those skilled in the art will also recognize that there are many possible variations of the specific embodiments described above that are consistent with the principles of the invention.
[0052]
The terminal ear may have a single support portion coupled to only one side of the terminal ear. The support portion may be coupled to the terminal ear at a position other than the side edge. For example, the support member may be positioned in the center of the conductive portion.
[0053]
The support member may be formed integrally with the terminal ear. Further, the terminal ear portion may have a support portion in a lower portion of the terminal ear portion.
[0054]
The cross-section of the support member is I-shaped, V-shaped or U-shaped extending outward or inward, or other shapes that increase the moment of inertia of the conducting portion.
[0055]
The upper part and the lower part of the terminal ear may be on the same plane. Furthermore, you may form the upper part and lower part of a terminal ear | edge part integrally.
[0056]
The bush can be any geometric form, such as rectangular, square and circular. Furthermore, the conductive portion of the terminal ear may be non-planar, such as an arc shape that increases the bending resistance of the conductive portion, or any other shape.
[0057]
The support portion is coupled to the terminal ear before the terminal ear is coupled to the bushing. Further, the terminal ear portion may be coupled to the side plate of the bush in addition to the end plate or instead of the end plate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a conventional glass fiber forming apparatus.
FIG. 2 is a schematic side view of a conventional bushing.
FIG. 3 is a schematic top view of the bush of FIG. 2;
FIG. 4 is a schematic side view of a bush implementing the principles of the present invention.
FIG. 5 is a top view of the bush of FIG. 4;
6 is a schematic end view of the bush of FIG. 4. FIG.
7 is a cross-sectional view of the terminal ear portion taken along line 7-7 in FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view of another embodiment of a terminal ear portion.
FIG. 9 is a cross-sectional view of another embodiment of a terminal ear.
FIG. 10 is a cross-sectional view of another embodiment of a terminal ear portion.
FIG. 11 is a cross-sectional view of another embodiment of a terminal ear portion.
FIG. 12 is a cross-sectional view of another embodiment of a terminal ear portion.

Claims

A terminal ear (102) for conducting current to the bush (10);
A conductive portion (116) having a longitudinal axis, coupled to the bushing at a first end, and having a first cross section in a plane perpendicular to the longitudinal axis;
An elongated support portion (134) coupled to the conductive portion, extending substantially parallel to the longitudinal axis and having a second cross section in a plane perpendicular to the longitudinal axis;
The second cross section, have a greater than the moment of inertia of the first section,
The elongate support portion (134) thus forms a heat sink to increase the bending resistance of the conductive portion and to increase heat conduction from the conductive portion .

The terminal ear portion according to claim 1, wherein the second cross section has an I shape.

The terminal ear of claim 1, wherein the support portion (134) is coupled to a side edge (112) of the conductive portion (116).

The terminal ear of claim 1, wherein the conductive portion (116) has an upper portion (110) and a lower portion (120), and the support member (134) is coupled only to the upper portion. .

The terminal ear of claim 3, further comprising a second support portion (136) coupled to a second opposite side edge (114) of the conductive portion (116).

The terminal ear portion according to claim 5, wherein the second support portion (136) has a third cross section in a plane orthogonal to the longitudinal direction, and the third cross section is the same as the second cross section.

The terminal ear of claim 1, wherein the support portion (134) has an upper end adjacent to the first end of the conductive portion but spaced from the first end.

The terminal ear according to claim 1, wherein the terminal ear (102) is coupled to the bush (10) at the first end of the conductive portion (116).

The terminal ear portion according to claim 1, wherein the first cross section is rectangular.

The terminal ear of claim 1 , wherein the elongate support portion (134) comprises an elongate beam disposed substantially parallel to the longitudinal axis.

The terminal ear of claim 10 , wherein the elongate beam (134) has an I-shaped cross section.

The terminal ear of claim 10 , wherein the elongated beam (134) is coupled to a side edge (112) of the conducting portion (116).

The terminal of claim 12 , wherein the means for increasing bending resistance further comprises a second elongate beam (136) coupled to a second opposite side edge (114) of the conductive portion (116). Ear.

The terminal ear of claim 10 , wherein the elongate beam (134) has a first end adjacent to the first end of the conductive portion (116) but spaced from the first end.

The conductive portion (116) is closed the bending resistance about a vertical axis to said longitudinal axis, a terminal ear of claim 1.

The terminal ear of claim 1 , wherein the conductive portion has a uniform cross section.